слесарев / Двигатель постоянного тока Лаб раб 1
.docЛабораторная работа №
Исследование машины постоянного тока независимого возбуждения
Цель работы: исследование механической характеристики машины постоянного тока независимого возбуждения в двигательном режиме.
Теоретические сведения
Механические характеристики двигателя с независимым возбуждением
На основании II закона Кирхгофа для цепей возбуждения и якоря (рис. 5.1), а также учитывая связи, выраженные зависимостями (5.1, 5.2), для установившегося режима можно записать:
(5.11)
Здесь— суммарное сопротивление якорной цепи и сопротивление обмотки возбуждения.
Под механической характеристикой двигателя принято понимать зависимость его скорости вращения от момента нагрузки Статическую механическую характеристику легко получить из второго и третьего уравнений системы (5.11):
(5.12)
Из уравнения (5.12) следует, что при постоянных напряжении на якоре и потоке скорость машины падает с ростом момента.
Рис. 5-12. Виды естественных механических характеристик (а) и реостатные характеристики (б) двигателя параллельного возбуждения
Включение в цепь якоря добавочного сопротивления, изменение потока и изменение напряжения изменяют вид механических характеристик. Механические характеристики машины с независимым (параллельным) возбуждением при различных сопротивлениях в якорной цепи показаны на рис. 5.12 б, механические характеристики при различных потоках представлены на рис. 5.13 я, а при различных напряжениях на якоре — на рис. 5.13 б.
Вид этих характеристик определяет и область их использования при регулировании скорости вращения двигателя постоянного тока: в области скоростей, меньших номинальной используется регулирование напряжения на якоре, а в области больших — уменьшение магнитного потока машины.
Увеличение напряжения на якоре для регулирования скорости выше номинальной обычно не используется (исключением являются некоторые типы двигателей краново-металлургических серий, в которых допускается двукратное увеличение якорного напряжения), т. к. оно приводит к значительным коммутационным осложнениям в работе механического коллектора. Увеличение магнитного потока также нецелесообразно, т. к. рабочая точка машины находится на колене кривой намагничивания машины, вблизи участка насыщения.
Регулирование скорости вращения (в сторону ее уменьшения по отношению к номинальной) увеличением сопротивления в цепи якоря в настоящее время используется крайне редко, т. к. резко ухудшает энергетические характеристики электропривода.
СО,
Рис. 5.13. Механические характеристики при различных потоках (а) г при различных напряжениях на якоре (б)
Моделирование двигателя
Виртуальная модель машины постоянного тока DC Machine находится в библиотеке SimPowerSystems/machines. В машине постоянного тока обмотка возбуждения (F+, F-) и якорная цепь ( A+, A-) имеют раздельные выводы и могут быть соединены так, что реализуются машины с независимым возбуждением, с параллельным возбуждением, с последовательным возбуждением. Вход TL предназначен для подключения момента нагрузки, выход m предназначен для подключения блока измерения.
Рис. 1. Виртуальная машина постоянного тока
В полях настройки машины вводят параметры якоря Ra, La- сопротивление (Ом) и индуктивность (Гн), параметры обмотки возбуждения Rf (Ом)-сопротивление (Ом)и индуктивность (Гн), Lf (Гн), индуктивность главной магнитной цепи Laf (Гн), момент инерции J (кГ/м2) , коэффициент вязкого трения Bm (Н м с), момент сухого трения (Tf), начальная скорость машины (рад/с).
Вывод m предназначен для измерения и наблюдения переменных состояния машины в следующей последовательности: угловая скорость w (рад/с),ток якоря Ia (А), ток обмотки возбуждения (If), электромагнитный момент Te (Нм).
Рис 2. Окно настройки параметров машины постоянного тока
Виртуальная лабораторная установка представлена на рис. 3.
Она включает источники постоянного напряжения (V1 для питания якоря машины, V2 для питания обмотки возбуждения из библиотеки Power System Blockset/Electrical Sources), блок Moment для задания момента нагрузки (блок Constant из библиотеки Simulink/Sources),
Блок измерения Demux (библиотека Simulink/Signal Routing) позволяет разделить переменные состояния машины и просмотреть их на электронном осциллографе.
Блок Display (библиотека Simulink/Sinks) позволяет измерить переменные состояния машины.
Рис.3 Параметры блока Step
Рис.
Порядок выполнения работы
1. Создайте на рабочем столе схему (рисунок 3).
2. Установите напряжения обмотки возбуждения, якорной цепи , параметры электрической машины в соответствие с вариантом.
3. Выбрать момент времени подключения нагрузки в блоке Step по осциллограмме переходного процесса установления скорости. Выбрать время моделирования в меню Simulation/ Simulation parameters...Получить переходной процесс в виде, изображенном на рис.
Рис.
3. Изменяя величину момента нагрузки ( параметр Final value в окне настройки блока Step) определяем максимальную величину механического момента Mmax, при котором угловая скорость стремится к нулю.
4. Устанавливая момент нагрузки в блоке Step от нуля до максимальной величины с шагом 0.1Mmax , на электронном осциллографе или в блоке Display фиксируем соответственно угловую скорость вращения якоря w (рад/с), ток якоря Ia (А), ток обмотки возбуждения (If), электромагнитный момент Te (Нм). Результаты измерения заносим в таблицу.
№ |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
11 |
Момент |
0 |
0.1 Mmax |
0.2 Mmax |
0.3 Mmax |
0.4 Mmax |
0.5 Mmax |
0.6 Mmax |
0.7 Mmax |
0.8 Mmax |
0.9 Mmax |
Mmax |
Угловая скорость вращения якоря об/мин |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4. Строим механическую характеристику двигателя постоянного тока с независимым возбуждением
Laf=1.8 Гн
Вар |
Сопротивление якоря Ом |
Индуктивность якоря мГн |
Сопротивление обмотки возбуждения Ом |
Индуктивность обмотки возбуждения мГн |
Момент инерции якоря кг м2 |
Ua В |
Uf В |
1 |
2.0 |
12 |
240 |
1000 |
0.1 |
50 |
100 |
2 |
3 |
20 |
250 |
1100 |
0.15 |
60 |
110 |
3 |
4 |
22 |
260 |
1200 |
0.2 |
70 |
120 |
4 |
5 |
25 |
270 |
1300 |
0.25 |
80 |
130 |
5 |
10 |
20 |
310 |
2300 |
0.3 |
90 |
140 |
6 |
2.5 |
10 |
320 |
2400 |
0.2 |
100 |
150 |
7 |
3.5 |
20 |
340 |
2500 |
0.25 |
110 |
160 |
8 |
4.5 |
23 |
300 |
2200 |
0.28 |
80 |
170 |
9 |
5.5 |
25 |
320 |
2300 |
0.3 |
90 |
180 |
10 |
6.5 |
20 |
300 |
2000 |
0.23 |
100 |
140 |
11 |
7 |
30 |
250 |
2300 |
0.15 |
110 |
190 |
12 |
8 |
32 |
280 |
2400 |
0.2 |
115 |
165 |
13 |
24 |
350 |
450 |
2500 |
0.8 |
|
|
14 |
26 |
400 |
500 |
2600 |
0.9 |
|
|
15 |
28 |
450 |
600 |
2700 |
1 |
|
|
16 |
30 |
500 |
650 |
2800 |
0.7 |
|
|
17 |
11 |
25 |
200 |
1800 |
0.36 |
60 |
100 |
18 |
3.5 |
10 |
150 |
2500 |
0.26 |
50 |
110 |
19 |
4.2 |
15 |
110 |
1500 |
0.31 |
70 |
150 |
20 |
6 |
35 |
180 |
2000 |
0.4 |
90 |
90 |
21 |
8 |
40 |
360 |
1800 |
0.5 |
100 |
200 |